影响旋片真空泵抽速的因素
1、间隙对极限压力的影响
泵的极限压力决定于低真空级极限压力, 低真空级极限压力低, 则高真空级极限压力也低。因此低真空级的间隙非常重要, 一般认为既然是低真空级要求不高, 间隙可以放大一些, 但实际却截然相反,低真空级非常关键, 它这里的气体分子自由程(相对高真空级而言) 小, 气体阻力小, 容易泄漏, 因而间隙应该小而高真空级处气体分子自由程大,气体阻力大,故间隙可以取得比低真空级大。例如英国EDWARDS 公司的E2M40旋片泵, 低真空级端面间隙为0.06 mm,而高真空级端面间隙为0.095mm又如日本ULVAC(真空技术株式会社) 的D650K旋片泵低真空级端面间隙为0.05mm,高真空级端面间隙为0.08mm。
这样的间隙安排也符合热膨胀的要求, 照一般规律旋片泵在(3.3~4) ×104Pa 时功率最高, 以后应逐渐下降。但我们在检测中发现不少厂的泵的功率在这压力以上不但不降, 反而继续上升, 有的泵甚至卡死。原因在于随着压力的上升, 泵的功率和温度也上升, 热膨胀也厉害, 而高真空级的长度一般为低真空级的2~4倍, 因此如高真空级的间隙小, 则热膨胀使它的间隙越来越小,摩擦也越厉害, 恶性循环最终使泵(主要是高真空级) 卡死。
此外切点间隙对泵的极限压力影响极大。因为切点二边一是压缩腔, 一是吸气腔, 压差较大, 尤其是在接近排气时, 压差最大。这时压缩气体最容易通过切点间隙向吸气腔返流, 所以切点间隙必须严格控制, 一般15L/s以下的泵应控制在0.01~0.02mm , 大的泵也不能超过0.03mm。
2、高、低真空级之间通道的流导对抽速的影响
增加高、低真空级之间通道的流导, 有利于泵抽速的提高。对于一台泵来说, 它的高、低真空级的压缩比根据抽速的大小一般取1~6, 压缩比越小, 向高真空级的返流和泄漏就越少, 有利于极限压力的降低。在高、低真空级缸的比例确定之后, 要保证低真空时泵的抽速, 必须在高真空级排出处设置余气阀, 这一点大家都已知道。但怎样保证高真空时的抽速, 则很少有这方面的报道, 我们认为这时就必须考虑高、低真空级之间的通道的流导。如果流导过小,低真空级由于通道流阻的影响, 不能有效地把高真空级排出的气体完全抽吸, 导致气体返流增加, 则就不能保证高真空级的抽速, 因此高、低真空级之间的流导直接影响到高真空时泵的抽速大小。
我们做了一个对比, 一台2XZ24型泵, 由于高、低真空级之间通道的流导不足,2Pa时抽速只有1.3L/s, 抽气效率只有30%。适当增加它的通道截面积, 就提高到2L/s, 再增加通道截面积, 就达到2.56L/s, 抽气效率提高到59%, 这就充分说明, 增加高、低真空级之间通道的流导对于提高泵(实际是高真空级) 的抽速是极其重要的。
3、泵温对真空度的影响
在盛夏季节, 尤其是在通风条件不良的工作场所, 对4~8L/s 这样的直联泵, 泵温都比较高, 这将导致泵油的热分解加速, 产生的轻馏份增加,油蒸汽增加⋯⋯, 这些都对泵的真空度有较大影响, 为了降低泵温可以设计一风扇, 安装在联轴器上, 这风扇看起来不大, 但作用却不小, 可以使泵温下降5~7℃,它的作用在于风扇吹破了泵周围的热空气屏障包围层, 使热交换能顺利进行。
4、高真空级排出口应高于低真空级的吸入口
使高真空级排出的油能顺利流入低真空级。否则在二级之间的通道内有可能产生油堵, 从而影响泵的极限压力和抽速。
5、降低排气速度, 有利于泵抽速的提高
我们检测了许多直联泵, 发现普遍存在1.5 ×103Pa 时抽速小于6.7 ×102Pa (甚至3.3 ×102Pa ) 时抽速, 这主要是由于排气阻力过大所造成, 适当降低排气速度, 这种现象就消失了。
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1.查看油位,以停泵时注油至油标中心为宜。过低对排气阀不能起油封作用,影响真空度。过高,可能会引起通大气起动时喷油。运转时,油位有所升高,属正常现象。油采用规定牌号的清洁真空泵油,从加油孔加入。加油毕后,应旋一上螺塞。油宜经过滤,以免杂物进入,堵塞油孔。
2.旋片式真空泵可在通大气或任何真空度下一次起动。泵口如装接电磁阀,应与泵同时动作。
3.环境温度过高时,油的温度升高,粘度下降,饱和蒸汽压会增大,会引起极限真空有所下降。如加强通风散热,或改善泵油性能,极限真空可得到改善。
4.检查普诺克旋片式真空泵的极限真空,如计经充分预抽校验,泵温达到稳定,泵口与计直接接通,运转30分钟内,将达到极限真空。总压强计测得之值与泵油和真空计、规管误差有关,有时误差甚至可很大,只能作参考。
5.如相对湿度较高,或被抽气体含较多可凝性蒸汽,接通被抽容器后,宜打开气镇阀,运转20~40分钟后关闭气镇阀。停泵前,可开气镇阀空载运动30分钟,以延长泵油寿命。
(1)体积小、重量轻、噪音低;
(2)设有气镇阀,可抽除少量水蒸气;在环境温度五摄氏度到四十摄氏度范围内,进气口压强小于1.3X103Pa的条件下允许长期连续运转,被抽气体相对湿度大于百分之九十时,应开气镇阀。
(3)设有自动防返油止回阀,启动方便;
(4)进气口连续畅通大气运转不得超过一分种;
(5)不适用于抽除对金属有腐蚀的,对泵油起化学反应的,含有颗粒尘埃的气体,以及含氧过高的,有爆炸性的,有毒的气体。
一、旋片式真空泵结构:
旋片式真空泵可以抽除密封容器中的干燥气体,若附有气镇装置,还可以抽除一定量的可凝性气体。但它不适于抽除含氧过高的,对金属有腐蚀性的、对泵油会起化学反应以及含有颗粒尘埃的气体。
旋片式真空泵是真空技术中最基本的真空获得设备之一。旋片泵多为中小型泵。旋片式真空泵有单级和双级两种。所谓双级,就是在结构上将两个单级泵串联起来。一般多做成双级的,以获得较高的真空度。
旋片泵的抽速与入口压强的关系规定如下:在入口压强为1333Pa、1、33Pa和1、33×10-1(Pa)下,其抽速值分别不得低于泵的名义抽速的95%、50%和20%。
旋片泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。在旋片泵的腔内偏心地安装一个转子,转子外圆与泵腔内表面相切(二者有很小的间隙),转子槽内装有带弹簧的二个旋片。旋转时,靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触,转子旋转带动旋片沿泵腔内壁滑动。
旋片式真空泵原理图:
旋片泵的旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中。由泵的连续运转,达到连续抽气的目的。如果排出的气体通过气道而转入另一级(低真空级),由低真空级抽走,再经低真空级压缩后排至大气中,即组成了双级泵。这时总的压缩比由两级来负担,因而提高了极限真空度。
旋转式真空泵工作原理:
1、液环真空泵工作原理:
液环真空泵常用的有水环真空泵和纳西泵。它主要用于抽吸气体,特别在抽吸腐蚀性气体时更为常用。
在泵体中装在适量的水作为工作液。当叶轮顺时针方向旋转时,水被叶轮抛向四周,由于离心力的作用,水形成一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮壳相切,水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触(实际上叶片在水环内有一定的插入深度)。此时叶轮轮壳与水环这间形成一个月牙形空间,而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部零度为起点,那么叶轮在旋转前180度时小腔的容积由小变大,且与端面上的吸气口相通,此时气体被吸入,当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝;当叶轮继续旋转时,小腔由大变小,使气体被压缩;当小腔与排气口相通时,气体更被排出泵外。水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的,因此它属于变容式真空泵。
纳西泵的作用原理和水环真空泵一样,但是由于叶轮是在椭圆型壳体中旋转,在长轴方向的液环与叶轴间形成两个月牙形空间,叶轮旋转时就反复靠近和离开液环,空间也就反复缩小和扩大。这样,就可不断地将液体压出和吸入。
2、滑阀真空泵工作原理:
另一种典形的旋转真空泵为滑阀真空泵,泵壳内装一偏心的转子。转子上有若干槽,槽内有可以滑动的滑片。转子转地槽内的滑片向四周伸出,不与泵壳接触。气体于滑片与泵壳所包围的空间扩大的一侧吸入,于二者所包围的空间缩小的它侧排出。滑片真空泵所产生的低压可达0、06Pa。相比旋片真空泵运行更加稳定,耐用性更强。
3、喷射式真空泵工作原理:
喷射泵是利用流动时的动能与静压能相互转化的原理来吸送流体的,工作液体可以是蒸汽,也可以是液体。
喷射泵由工作喷嘴和扩压器及混合室相连而组成。工作喷嘴和扩压器这两个部件组成了一条断面变化的特殊气流管道。工作蒸气在高压下以很高的速度从喷嘴喷出,在喷射过程中,气流通过喷嘴可将静压能转变为动能。工作蒸汽压强和泵的出口压强之间的压力差,使工作蒸汽在管道中流动。
在这个特殊管道中,蒸汽经过喷嘴的出口到扩压器入口之间的这个区域(混合室),由于蒸汽流处于高速而出现一个负压区。此处的负压要比工作蒸汽压强和泵出口处所能承受的最大压强(反压强)低很多。此时,被抽气体吸进混合室,工作蒸汽和被抽气体相互混合并进行能量交换,把工作蒸汽静压能转变来的动能传给被抽气体,混合气流在扩压器扩张某而产生正激波,波后的混合气流速度降为亚音速,混合气流的压力上升。亚音速的气流在扩压器的渐扩流动时是降速增压的。混合气流在扩压器出口处,压力增加,速度下降,而后从压出口排出。故喷射泵也是一台气体压缩机。